DE666910C - Heat exchanger with a number of sheets wound in a spiral shape - Google Patents
Heat exchanger with a number of sheets wound in a spiral shapeInfo
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Description
Wärmeaustauscher,mit einer Anzahl *von in Spiralform gewickelter Bleche Bei den bekannten Wärmeaustauschern mit in Spiralform gewundenen Blechen fließen die zu kühlenden oder zu erwärmenden Austauschmittel meistens im Gegenstrom, und die Durchflußräume des einen Austauschmittels sind innen und außen von DuTchflußräumen des anderen Austauschmittels umgeben, so daß also alle Wandungen an der Wärmeübertragung beteiligt sind. Da sich hierbei die verschiedenen Temperaturen durch die Wände hindurch ausgleichen, ist es unmöglich, ein zu kühlendes oder zu erwärmendes Mittel in stetiger Wärmeab- oder -zunahme über einen größeren Temperaturbereich zu führen. Derartige Wärmeaustauscher haben deshalb einen schlechten Wirkungsgrad.Heat exchanger, with a number * of sheets wound in a spiral shape In the known heat exchangers with sheets wound in a spiral shape flow the exchange medium to be cooled or heated mostly in countercurrent, and the flow spaces of one exchange medium are inside and outside of fluid flow spaces of the other exchange medium, so that all walls take part in the heat transfer involved. Because here the different temperatures through the walls to balance, it is impossible to keep a cool or warm medium in steady Lead to a decrease or increase in heat over a larger temperature range. Such Heat exchangers therefore have poor efficiency.
Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher von an sich gleicher Bauart, bei dem zwischen benachbarten Sdhichtengruppen eine Schicht geringer Wärmeübertragungsfähigkeit vorgesehen ist. Unter dem Ausdruck Schichtengruppe sind zwei benachbarte Durchflußräume zu verstehen, die ein abzukühlendes bzw. ein zu erwärmendes Wärmeaustguschmittel enthalten und zwischen denen der Wärmeaustausch nach und nach erfolgen soll.The subject of the invention is a heat exchanger of the same per se Type of construction in which a layer of low heat transfer capability between adjacent groups of layers is provided. The term group of layers means two adjacent flow spaces to understand that a heat exchange medium to be cooled or heated and between which the heat exchange should take place gradually.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.Various embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing shown schematically.
Fig. r und 2 stellenWärmeaustauscher dar, deren oberer Verschlußteil zur Veranschaulichung des inneren Aufbaues weggenommen wurde.Figs. R and 2 show heat exchangers, their upper closure part has been removed to illustrate the internal structure.
Fig. 3 und q. zeigen andere Ausführungsformen mit unterteilten Durchflußräumen. Fig.5 ist ein Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher nach Fig. z.Fig. 3 and q. show other embodiments with subdivided flow spaces. Fig.5 is a longitudinal section through a heat exchanger according to Fig.
Fig.6 ist ein Längsschnitt durch einen Wärmeaustauscher nach Fig. 3.Fig. 6 is a longitudinal section through a heat exchanger according to Fig. 3.
Fig. 7 zeigt im Schnitt eine besondere Abdichtungsart für die Durchflußräume.Fig. 7 shows in section a special type of seal for the flow spaces.
Fig. $ zeigt in größerem Maßstab eine Ansicht der Erhöhungen 2 nach Fig. 5 und 7. Fig.9 zeigt Abzugskanäle für Niederschlagflüssigkeit. Fig. io zeigt ein Beispiel für einen umlaufenden Wärmeaustauscher.Fig. $ Shows a view of the elevations 2 on a larger scale Fig. 5 and 7. Fig. 9 shows drainage channels for precipitation liquid. Fig. io shows an example of a circulating heat exchanger.
Die in Fig. i bis 5 dargestellte Form des Wärmeaustauschers dient dazu, ein Gas oder eine Flüssigkeit vorübergehend stark zu er-' hitzen oder abzukühlen. Die Bleche i und .3 sind unter Einschaltung einer Isolierschicht 4. um einen stabförmigen Heizkörper 5 zur Bildung einer Anzahl spiralförmig verlaufender Durchflußräume gewickelt. Blech 3 ist stellenweise mit Erhöhungen :2 versehen, welche die Höhe der Durchlauffläche bestimmen und die Bleche in richtigem Abstand voneinander halten. Die spiralförmigen Durchflußräume sind im Innern des Austauschers miteinander verbunden, um auf diese Weise einen durch den Austauscher durchgehenden Raum zu erhalten. Dieser zweimal spiralig gewundene Raum ist an seinen Enden an ein Zuflußrohr 6 bzw. Abflußrohr 7 angeschlossen. Wie Fig. 5 zeigt, sind die verschiedenen Hohlräume des Austauschers oben und unten durch einen Deckel 8 geschlossen, in den die Spiralwände und Isolierschichten in entsprechende Rillen eingreifen, in denen Packungen liegen, oder dieDeckel können auch, wie Fig. 6 zeigt, aus einer plastischen Masse angefertigt werden, die mit der Zeit fest wird. Nach der Erhärtung sind die Durchflußräume dann an der Stirnseite abgeschlossen. Als plastische Masse eignen sich besonderes Gips, Zement, schmelzbare Stoffe, Gummiarten, durch Kondensation erhärtende Stoffe, wie Kunstharz, Kitte mit Cellulose derivaten oder erhärtenden Ölen, und ähnliche Stoffe.The shape of the heat exchanger shown in Fig. I to 5 is used for temporarily heating or cooling a gas or liquid. The sheets i and .3 are with the interposition of an insulating layer 4. around a rod-shaped Heater 5 wound to form a number of spirally extending flow spaces. Sheet 3 is provided with elevations in places: 2, which correspond to the height of the passage area and keep the sheets at the right distance from each other. The spiral Flow spaces are connected to each other inside the exchanger in order to access them Way to get a space through the exchanger. This twice spirally wound space is at its ends to an inlet pipe 6 and outlet pipe, respectively 7 connected. As shown in Fig. 5, the various cavities of the exchanger are closed at the top and bottom by a cover 8, in which the spiral walls and insulating layers engage in corresponding grooves in which the packs lie or the lids can also, as shown in FIG. 6, can be made from a plastic mass with when time becomes fixed. After hardening, the flow spaces are then on the front side closed. Particularly suitable as a plastic mass are plaster of paris, cement, fusible Substances, types of rubber, substances hardening by condensation, such as synthetic resin, putty with Cellulose derivatives or hardening oils, and similar substances.
Die zur Trennung der verschiedenen Bleche und zur Bestimmung der Schichtenbreite verwendeten Erhöhungen 2 können verschiedenartig sein. In Fig. 8 ist in größerem Maßstab die Ansicht einer vorteilhaften Ausführung als tropfenförmiges Profil, das dem Durchfluß des Austauschmittels möglichst wenig Widerstand entgegenstellt, innerhalb der laufenden Schichten keine Wirbel entstehen läßt, die eine örtliche Wärmemischung verursachen und so den Wirkungsgrad des Austauschers herunterdrücken könnten.The one used to separate the various sheets and determine the width of the layers Elevations 2 used can be of various types. In Fig. 8 is in larger Scale the view of an advantageous embodiment as a teardrop-shaped profile that the flow of the exchange medium opposes as little resistance as possible, within the running layers do not allow any eddies to arise, which would cause local heat mixing and so reduce the efficiency of the exchanger.
Das beispielsweise zu erhitzende Mittel tritt bei 6 ein, durchströmt einen der durch die Bleche i und 3 gebildeten Kanäle bis zur Wärmequelle 5, wird dann erhitzt, tritt in deren Nähe in den anderen Kanal über und strömt durch Rohr 7 ab. Auf dem Wege von der Wärmequelle bis zum Abflußrohr gibt die Flüssigkeit die bei der Wärmequelle aufgenommene Wärmemenge an die eintretende Flüssigkeit ab und erhitzt diese allmählich. Dabei kühlt sie sich selbst ab und tritt beim Abflußrohr mit ungefähr der gleichen Temperatur aus, mit der sie in den Austauscher eingetreten ist. Auf diese Weise ist die aufgewendete Wärme nur so groß, als sie beispielsweise für eine Pasteurisation oder zum Ausfällen bestimmter, in demAustauschmittel enthaltenen Stoffe notwendig ist. Die zwei ,- iralförmigen Kanäle bilden 'hierbei eine lWärme austauschende Schichtengruppe.The agent to be heated, for example, enters at 6, flows through it one of the channels formed by the sheets i and 3 up to the heat source 5 is then heated, passes into the other channel in their vicinity and flows through the pipe 7 from. On the way from the heat source to the drainpipe, the liquid gives the The amount of heat absorbed by the heat source is transferred to the entering liquid and gradually heats them up. In doing so, it cools itself down and enters the drainpipe at approximately the same temperature at which it entered the exchanger is. In this way, the heat used is only as great as it is, for example for pasteurization or for precipitating certain ones contained in the substitute Substances is necessary. The two, - spiral-shaped channels create a warmth exchanging shift group.
@-'bie zwischen den zwei einander gegenüberstehenden Schichtengruppen gemäß der Erfindung eingeschaltete Isolationsschicht hat die Wirkung, daß keinerlei Temperaturübertragung von einer Schichtengruppe zur anderen stattfinden kann. Dadurch ist jeglicherTemperatursprung, der Energieverlust zur Folge hat, vermieden. In dem beschriebenen Beispiel dagegen entspricht die durch dieWärmequelle zuzuführende Wärmeenergie (in anderen Fällen Kälteenergie) fast vollständig nur den bleibenden chemisch-physikalisehen Veränderungen des Stoffes, z. B. der Verdämpfungswärme bei kondensierten Dämpfen. Derartige Wärmeaustauscher eignen sich daher beispielsweise für die Sterilisation und Pasteurisation von Milch, Most und Fruchtsäften, indem diese Stoffe kurzen, aber verhältnismäßig hohen und wiederholten Hitzen ausgesetzt werden, was bekanntlich die Sterilisationswirkung erhöht, ohne den Geschmack zu beeinträchtigen. Auch eignet sich ein solcher Austauscher zur Trinkwassersterilisation, wenn das zu behandelnde Wasser nicht allzu kalkhaltig ist, ferner für die Rückgewinnung von Lösungsmitteln in der Kunstseide-, Gummi-, Extraktions-, Lackierungs-, Celluloi.d- und Filmindustrie u. a. und zur Lufttrocknung durch vorübergehende Kühlung oder zur Wassergewinnung aus Luft.@ - 'bie between the two opposing groups of layers According to the invention switched on insulation layer has the effect that none Temperature transfer from one group of layers to another can take place. Through this any temperature jump that results in a loss of energy is avoided. By doing on the other hand, corresponds to the example to be supplied by the heat source Heat energy (in other cases cold energy) almost completely only the permanent chemical-physical changes in the substance, e.g. B. the heat of vaporization condensed vapors. Such heat exchangers are therefore suitable, for example for the sterilization and pasteurization of milk, must and fruit juices by adding exposed these substances to brief but relatively high and repeated heat which is known to increase the sterilization effect without affecting the taste affect. Such an exchanger is also suitable for drinking water sterilization, if the water to be treated is not too calcareous, also for recovery of solvents in the rayon, rubber, extraction, varnishing, Celluloi.d- and film industry, among others. and for air drying through temporary cooling or for obtaining water from the air.
Der Austauscher läßt sich einfach auseinandernehmen und reinigen. Nach Wegnahme der beiden Deckel können die Bleche wieder aufgerollt und von etwaigen Niederschlägen, die sich beispielsweise durch Umkehrung der Flußrichtung oder durch physikalisch-chemische Beeinflussung nicht lösen lassen, mechanisch leicht gereinigt werden.The exchanger can be easily taken apart and cleaned. After removing the two covers, the sheets can be rolled up again and removed from any Precipitation, for example, by reversing the direction of flow or by Do not allow physical-chemical influences to be resolved, easily cleaned mechanically will.
Bei der Ausführung nach Fig.2 sind die Durchflußräume im Gegensatz zu Fig. i im Innern des Austauschers nicht miteinander verbunden. Der mit dem 'Einlaufstutzen 6 verbundene Durchflußraum hat seinen Auslaufstutzen bei 9, und der andere ist mit einem Einlaufstutzen io und Auslaufstutzen ii verbunden. Infolgedessen ist auch die Arbeitsweise eine andere. Es findet nicht eine vorübergehende Erhitzung bzw. Abkühlung eines einzigen Stoffes statt, sondern der eine Stoff wird zur Änderung der Temperatur eines zweiten verwendet. Als Beispiel wird der Fall angenommen, in dem heiße Abwässer zur Erhitzung einer Flüssigkeit dienen sollen. Die heißen Abwässer treten bei io in den Austauscher ein und verlassen ihn bei i i nach dem Durchfließen der zwischen den Blechen 3 bis i gebildeten Räume. Die Blechwand 3 ist, wie in allen diesen Austauschern, sehr dünn und wärmeleitend gehalten und überträgt die aufgenommene Wärme auf die in den nebenstehenden Räumen fließende Flüssigkeit.In the embodiment according to Figure 2, the flow spaces are in contrast to Fig. i not connected to each other inside the exchanger. The one with the 'inlet nozzle 6 connected flow space has its outlet port at 9, and the other is with an inlet connector io and outlet connector ii connected. As a result, too the way of working is different. There is no temporary heating or Cooling down of a single substance takes place, but the one substance is changing the temperature of a second used. As an example, consider the case in the hot waste water should be used to heat a liquid. The hot sewage enter the exchanger at io and leave it at i i to the Flow through the spaces formed between the sheets 3 to i. The sheet metal wall 3 is, as in all of these exchangers, kept and transmits very thin and thermally conductive the absorbed heat on the liquid flowing in the adjacent rooms.
Auch hier verhindern die zwischen den einzelnen Sch:ichtengruppen des Austauschers eingeschalteten Isolationsschichten Temperatursprünge. Die Temperatur der heißen Abwässer nimmt durch fortwährenden Wärmeübergang langsam ab, während die Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit in demselben Maße zunimmt. Sind beispielsweise die Mengen der beiden Flüssigkeiten gleich groß und ist der ganze Austauscher in zehn Schichtengruppen gewickelt, so. hat die Isolierschicht überall gegen eine Temperaturdifferenz von nur %o der gesamten Temperaturdifferenz zu isolieren. Bei einer Isolierschicht von i cm Filz und bei einer der Übertragung dienenden Temperaturdifferenz von i ° sowie bei einer Kanalbreite von 3 mm und bei 0,5 mm dicker Übertragungswand berechnet sich der Verlust durch die Isolierschicht auf 7,3 % der nutzbar übertragenen Wärmeenergie.Here, too, the insulation layers inserted between the individual layer groups of the exchanger prevent temperature jumps. The temperature of the hot waste water slowly decreases due to continuous heat transfer, while the temperature of the liquid to be heated increases to the same extent. For example, if the quantities of the two liquids are the same and if the entire exchanger is wrapped in ten layer groups, then. the insulating layer has to insulate everywhere against a temperature difference of only% o of the total temperature difference. With an insulating layer of 1 cm of felt and a temperature difference of 1 ° used for transmission, as well as a channel width of 3 mm and a transmission wall 0.5 mm thick, the loss through the insulating layer is calculated at 7.3 % of the usable heat energy transferred.
Fig. 3 stellt einen Austauscher dar, welcher ähnlich dem der Fig. i arbeitet. Der Unterschied besteht nur darin, daß die Räume, in welchen das Austauschmittel fließt, unterteilt sind. Zu diesem Zweck sind, wie in Fig. 6 im Schnitt dargestellt, zwischen zwei Isolationsschichten nicht eine Wand, sondern mehrere Wände vorgesehen, die mit gegeneinander versetzten Erhöhungen zur Trennung einzelner Wege versehen sind. Diese Wege sind so zusammengefaßt, daß, die äußeren ausgenommen, jede Teilschicht zwischen zwei anderen eingeschlossen ist, die ein Austauschmittel anderer Strömungsrichtung führt. Die Teilschichten 12 und 13 sind hierbei parallel geschaltet. Durch geeignete Führung innerhalb des Austausc!hers münden sie beide in den Einführungsstutzen 6. Die zwei anderen Schichten 14 bis 15 sind auf ähnliche Weise mit dem Stutzen 7 verbunden. In unmittelbarer Nähe des Heiz- oder Kühlkörpers 5 sind gleich wie in Fig. i die Schichten 12 und 15 bzw. 13 und 14 miteinander verbunden; hier erreicht das Wärmeaustauschmittel die Temperatur des Körpers 5. Auch hier sorgt die die Teilschichten 12, 15, 13 und 14 umschließende Isolationsschicht 4 dafür, daß keine Temperatursprünge entstehen können. Die Schichten 12, 13, 14 und 15 bilden zusammen eine Schichtengruppe, die in sich nützlich Wärme überträgt. Hat man hier, zum Unterschied von Fig. 2, außer den Schichtengruppen noch eine Aufteilung jeder Schicht in weitere Teilschichten, so werden dadurch die Verluste durch die Isolationsschicht noch geringer.Fig. 3 shows an exchanger which is similar to that of Fig. i works. The only difference is that the spaces in which the medium of exchange flows, are divided. For this purpose, as shown in section in Fig. 6, not one wall, but several walls between two insulation layers, which are provided with mutually offset elevations to separate individual paths are. These paths are combined in such a way that, with the exception of the outer ones, every sub-layer is enclosed between two others, which is an exchange medium of a different flow direction leads. The partial layers 12 and 13 are connected in parallel here. Through suitable Guide within the exchanger, they both open into the inlet nozzle 6. The two other layers 14 to 15 are connected to the nozzle 7 in a similar manner. In the immediate vicinity of the heating or cooling body 5 are the same as in FIG Layers 12 and 15 or 13 and 14 bonded to one another; this is where the heat exchange medium reaches the temperature of the body 5. Here too, the sub-layers 12, 15, 13 and 14 enclosing insulation layer 4 to ensure that no temperature jumps occur can. The layers 12, 13, 14 and 15 together form a layer group, the useful in itself transfers heat. One has here, in contrast to FIG. 2, except the shift groups a division of each shift into further sub-layers, in this way, the losses through the insulation layer are even lower.
Der Austauscher nach Fig. ¢ arbeitet wie der nach Fig. 3.The exchanger according to FIG. [Works like that according to FIG. 3.
Fig. 7 zeigt eine besondere Abdichtung für die Durchflußräume gegen die Deckel durch mit Druckluft gefüllte Schläuche 17. Die Deckel erhalten dann nur eine Eindrehung B.Fig. 7 shows a special seal for the flow spaces against the lids through hoses filled with compressed air 17. The lids then only receive a recess B.
In Fig. 9 sind in der Abwicklung der Bleche Austrittsöffnungen 16. dargestellt, die zur AbführungniedergeschlagenerFlüssigkeit dienen. Die Strömungsrichtung ist durch einen Pfeil angegeben. Durch zweckmäßige Abschlüsse dieser Öffnungen, z. B. durch Vorkammer, Siphon, Hahn oder Pumpe, kann ein Verlust strömender Stoffe durch diese Öffnungen vermieden werden.In FIG. 9 there are outlet openings 16 in the development of the metal sheets. shown, which are used to remove precipitated liquid. The direction of flow is indicated by an arrow. Through appropriate closings of these openings, z. B. through antechamber, siphon, tap or pump, a loss of flowing substances can occur can be avoided through these openings.
Solche stirnseitigen Öffnungen der Durchflußräume können auch zum Querspülen des Austauschers dienen, z. B. zurErzielung einer bestimmten Reaktion mit einem anderen durchströmenden Stoff oder zur Verhinderung des Festsetzens dichter Ausscheidungen.Such front openings of the flow spaces can also be used for Serve cross flushing of the exchanger, z. To achieve a particular response with another material flowing through or to prevent it from sticking Excretions.
In Fig. io ist schematisch ein umlaufender Wärmeaustauscher dargestellt. In gewissen Fällen ist eine solche Anordnung zur Verhinderung oder Entfernung fester Ausscheidungen gewisser Stoffe erwünscht. Die Aufwicklung der Bleche und die Verbindung der Durchflußräum.e ist wie in Fig.4 also mit Einlauf 6, Auslauf 9 und einem zweiten Einlauf io und zweiten Auslauf i i. Zu- und Abführleitungen werden in bekannter Weise durch ortsfeste, reibende Packungen mit dem umlaufenden Austauscher verbunden, so daß die Stoffe ungehindert trotz der Drehung durch den Austauscher strömen können. Die Lager 2o tragen den Austauscher; sie enthalten die Durchführungen der Leitungen 6, 9, io und i i. Eine Riemenscheibe 22 treibt das Ganze an.In Fig. Io a circulating heat exchanger is shown schematically. In certain cases, such an arrangement is more rigid for prevention or removal Elimination of certain substances is desirable. The winding of the sheets and the connection The Durchflußräum.e is as in Fig. 4 with inlet 6, outlet 9 and a second Inlet io and second outlet i i. Inlet and outlet lines are well known Connected to the rotating exchanger by means of stationary, friction packings, so that the substances can flow unhindered through the exchanger despite the rotation. The bearings 20 carry the exchanger; they contain the lead-throughs for the lines 6, 9, io and i i. A pulley 22 drives the whole thing.
Die zwischen den Schichtengruppen vorgesehene Isolation kann aus nicht leitenden Massen, wie Filz, Watte, Kork, Glaswatte u. dgl., bestehen. Es ist aber auch möglich, an Stelle einer solchen festen Isolation entweder Gase mit hohem Molekulargewicht, die schlecht leiten, zu verwenden, oder diese Zwischenräume luftleer zu machen.The insulation provided between the groups of layers cannot be used Conductive materials such as felt, wadding, cork, glass wadding and the like. But it is also possible, instead of such a solid insulation, either gases with a high molecular weight, which conduct poorly, to use, or to evacuate these spaces.
Die in Fig.8 beispielsweise dargestellten Erhöhungen können in Vertiefungen der Nebenwand i eingreifen, so daß ein gegenseitiges Verschieben der Bleche verhindert wird.The elevations shown in Figure 8, for example, can be in depressions the secondary wall i intervene, so that mutual displacement of the sheets is prevented will.
In der ganzen Beschreibung und auch in den folgenden Ansprüchen ist überall von Blech die Rede. Es ist aber klar, daß darunter auch Folien aus nicht metallischem Baustoff, welche gut wärmestrahlendurchlässig sind, als Blech im Sinne derErfindung zu verstehen sind.Throughout the description and also in the following claims everyone is talking about sheet metal. It is clear, however, that not including foils metallic building material, which are well permeable to heat radiation, as sheet metal in the sense of the invention are to be understood.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEB177561D DE666910C (en) | 1937-02-25 | 1937-02-28 | Heat exchanger with a number of sheets wound in a spiral shape |
Applications Claiming Priority (2)
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CH492241X | 1937-02-25 | ||
DEB177561D DE666910C (en) | 1937-02-25 | 1937-02-28 | Heat exchanger with a number of sheets wound in a spiral shape |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE666910C true DE666910C (en) | 1938-10-31 |
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ID=25737466
Family Applications (1)
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DEB177561D Expired DE666910C (en) | 1937-02-25 | 1937-02-28 | Heat exchanger with a number of sheets wound in a spiral shape |
Country Status (1)
Country | Link |
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